Motor berus vs berus: operasi, pembinaan dan aplikasi

Motor elektrik telah menjadi sebahagian besar dari kehidupan kita. Mereka terdapat di semua jenis peranti dari kereta elektrik hingga drone, robot dan Peranti Elektronik lain. Secara umum, Motor elektrik adalah alat yang menukar tenaga elektrik menjadi tenaga mekanikal. Mereka biasanya disebut sebagai kebalikan dari penjana kerana mereka beroperasi berdasarkan prinsip yang serupa dan secara teorinya dapat ditukar menjadi penjana. Mereka pada dasarnya digunakan dalam situasi di mana gerakan putaran diperlukan dan mereka menemui aplikasi dalam peralatan (motor getaran), robot, peralatan perubatan, mainan, dan banyak lagi.

Motor elektrik boleh dikategorikan kepada dua kategori luas berdasarkan jenis sumber kuasa yang digunakan untuk mereka: AC Motors dan DC Motors. Seperti namanya, motor AC secara amnya menggunakan sumber kuasa AC (fasa tunggal atau tiga fasa) dan kebanyakannya digunakan dalam aplikasi Industri dan tugas berat di mana diperlukan banyak tork. Motor DC (yang menjadi tumpuan kita hari ini) sebaliknya biasanya lebih kecil dan digunakan dalam aplikasi berasaskan bateri (atau dipasang dalam sumber DC) di mana jumlah kerja yang diperlukan lebih sedikit berbanding dengan motor AC. Mereka menemui aplikasi di beberapa peranti, mulai dari peranti sehari-hari seperti gunting pencukur hingga mainan untuk anak-anak, robot, dan drone antara lain.

Keperluan untuk motor DC berbeza dari satu aplikasi ke aplikasi lain, kerana satu aplikasi mungkin memerlukan lebih banyak tork dan mengurangkan kelajuan sementara yang lain mungkin memerlukan lebih banyak kelajuan dan tork yang dikurangkan, sehingga motor DC kadang-kadang diklasifikasikan oleh orang penjualan berdasarkan ini. Walau bagaimanapun, motor DC boleh dikelaskan kepada tiga kategori atau jenis yang berbeza termasuk;

1. Motor DC yang disikat
2. Motor DC Brushless
3. Servo Motors.

Untuk Artikel hari ini, fokus kami adalah pada motor DC Brushless dan Brushed, kerana kami mengkaji perbezaan di antara mereka mengikut garis prinsip operasi, Pembinaan, aplikasi, kelebihan dan kekurangan. Untuk jenis ketiga, anda boleh membaca artikel terperinci Servo Motor.

Prinsip dan Pembinaan Operasi

Pengoperasian semua motor umumnya berdasarkan dua prinsip iaitu ; Undang-undang Amperes dan undang-undang faraday. Undang- undang pertama menyatakan bahawa konduktor elektrik yang diletakkan di medan magnet akan mengalami daya jika arus yang mengalir melalui konduktor mempunyai komponen pada sudut tepat ke medan tersebut. The negeri Prinsip kedua bahawa jika konduktor yang digerakkan melalui medan magnet, maka mana-mana komponen gerakan berserenjang dengan medan yang akan menjana perbezaan potensi antara hujung konduktor.

Berdasarkan undang-undang ini, motor elektrik terdiri daripada dua bahagian utama; Magnet kekal dan sekumpulan konduktor melilit gegelung. Dengan menggunakan elektrik ke gegelung, ia menjadi magnet dan berdasarkan fakta bahawa magnet menolak pada tiang seperti dan menarik pada tiang yang tidak seperti, gerakan putaran dicapai.

Motor DC yang disikat

Motor DC yang disikat dikenali sebagai motor paling awal dan paling sederhana kerana ia menerapkan undang-undang yang dinyatakan di atas dengan cara yang paling mudah. Seperti yang dijelaskan dalam gambar di bawah ini, pembinaan motor DC yang disikat terdiri daripada stator tetap yang terbuat dari magnet kekal dan angker bergerak (Rotor) di mana komponen seperti komutator, sikat, dan cincin pemisah yang semuanya diletakkan di sekitar motor batang.

Apabila kuasa dibekalkan ke motor (melalui bateri atau melalui sumber AC ke DC yang disambungkan), elektrik mengalir dari sumber ke angker melalui sikat yang biasanya terletak di sisi berlawanan dari poros motor. Berus (yang kehadirannya dalam reka bentuk adalah faktor utama di sebalik nama motor), mengalihkan arus elektrik ke angker melalui hubungan fizikal dengan komutator. Sebaik sahaja angker (gegelung wayar) diaktifkan, ia mula berkelakuan seperti magnet dan pada ketika itu kutubnya mula menghalau kutub magnet kekal yang membentuk stator. Semasa kutub menghalau, poros motor yang dipasang pada angker mula berputar dengan kelajuan dan tork yang bergantung pada kekuatan medan magnet di sekitar angker.

Kekuatan medan magnet biasanya merupakan fungsi voltan yang dikenakan pada sikat dan kekuatan magnet kekal yang digunakan untuk stator.

Motor DC Brushless

Walaupun menggunakan prinsip elektromagnetisme yang sama, motor tanpa sikat di sisi lain lebih kompleks. Ini adalah hasil langsung dari usaha yang dilakukan untuk meningkatkan kecekapan motor Brushed DC dan dapat digambarkan sebagai motor yang tidak menggunakan penggunaan sikat untuk pergantian. Walau bagaimanapun, sifat keterangan ringkas itu memberi jalan kepada persoalan bagaimana motor dihidupkan dan bagaimana gerakan dicapai tanpa berus yang akan saya cuba terangkan.

Berbeza dengan pembinaan motor yang disikat, Pada motor tanpa berus barang-barang dibalik. Angker yang dalam hal motor disikat, berputar di dalam stator, tidak bergerak di motor tanpa berus dan magnet kekal, yang di motor disikat tetap, berfungsi sebagai pemutar pada motor tanpa berus. Sederhananya, stator untuk motor DC tanpa berus terdiri daripada gegelung sementara pemutarnya (yang mana batang motor dipasang) terdiri dari magnet kekal.

Oleh kerana motor tanpa sikat menghilangkan penggunaan sikat untuk memberi kuasa kepada angker, peralihan (pergantian) menjadi lebih kompleks dan dilakukan secara elektronik menggunakan set komponen elektronik tambahan (seperti penguat yang dipicu oleh komponen peralihan seperti pengekod optik) untuk mencapai gerakan. Algoritma komutasi untuk motor DC Brushless boleh dibahagikan kepada dua; Peralihan berdasarkan sensor dan tidak masuk akal.

Dalam pergantian berdasarkan sensor, sensor (misalnya sensor ruang) diletakkan di sepanjang kutub motor untuk memberi maklum balas kepada litar kawalan untuk menolongnya menganggarkan kedudukan pemutar. Terdapat tiga algoritma popular yang digunakan untuk pertukaran berdasarkan sensor;

1. Pergantian trapezoid
2. Pergantungan sinusoidal
3. Vektor (atau berorientasikan medan) kawalan.

Setiap algoritma kawalan ini mempunyai kelebihan dan kekurangan dan algoritma dapat dilaksanakan dengan cara yang berbeza bergantung pada perisian dan reka bentuk perkakasan elektronik untuk membuat perubahan yang diperlukan.

Dalam pertukaran tanpa sensor di sisi lain, alih-alih sensor diletakkan di dalam motor, litar kawalan dirancang untuk mengukur EMF belakang untuk menganggarkan kedudukan rotor.

Algoritma ini berfungsi dengan baik dan dengan kos yang rendah kerana kos sensor dewan dihapuskan tetapi pelaksanaannya jauh lebih kompleks berbanding dengan algoritma berdasarkan sensor.

Kelebihan dan Kekurangan

Pada motor DC yang disikat, sikat sentiasa bersentuhan dengan komutator berputar. Ini menyebabkan sejumlah besar geseran dihasilkan dan ini seterusnya menyebabkan kehilangan tenaga menjadi panas dan pemakaian berus secara beransur-ansur. Oleh itu, motor DC Brushed mempunyai kecekapan rendah dan memerlukan penyelenggaraan berkala. Ini menimbulkan banyak geseran, dan geseran sama dengan haba (kehilangan tenaga) dan keausan. Brushless DC di sisi lain pada dasarnya tanpa geseran dan dengan itu mempunyai kecekapan yang sangat tinggi, memerlukan penyelenggaraan sifar dan tahan lebih lama daripada motor DC yang disikat.

Walau bagaimanapun, motor DC yang disikat sangat murah berbanding dengan motornya yang tidak berus kerana sifat reka bentuknya yang sederhana. Motor DC Brushless sebaliknya agak mahal kerana reka bentuknya yang rumit dan kos tambahan komponen elektronik (pengawal) yang diperlukan untuk menggerakkannya.

Permohonan

Walaupun motor DC tanpa berus lebih popular pada masa ini, motor DC yang disikat masih digunakan dalam peralatan rumah tangga sehari-hari, mainan anak-anak, dan dalam aplikasi industri kerana kemudahan dengan nisbah kelajuan dan tork mereka dapat berubah-ubah. Oleh kerana kosnya rendah, mereka digunakan dalam aplikasi di mana peranti host boleh gagal sebelum motor.

Motor DC Brushless sebaliknya telah menemui aplikasi dalam semua jenis peranti, dari peralatan perubatan, robot dan drone hingga kereta elektrik, alat kuasa dan lain-lain. Pada dasarnya ia digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kecekapan tinggi, umur panjang dan sepadan dengan harganya.

Faktor yang perlu dipertimbangkan semasa memilih antara Brushless dan Brushed DC Motors

Selain kelajuan, tork, penarafan kuasa dan keperluan asas lain untuk aplikasi anda di bawah adalah tiga faktor yang saya rasa boleh dipertimbangkan ketika membuat keputusan mengenai jenis motor yang akan digunakan untuk aplikasi anda.

1. Kitaran Tugas / Hayat Perkhidmatan
2. Kecekapan
3. Kawalan / Penggerak
4. Kos

Kitaran Tugas / Hayat Perkhidmatan

Jangka hayat menerangkan berapa lama motor diperlukan untuk beroperasi sebelum gagal dan pada kitaran tugas apa. Ini penting kerana motor DC yang disikat seperti yang disebutkan sebelumnya mudah dipakai kerana geseran antara sikat dan Commutator. Oleh itu, adalah mustahak untuk memastikan aplikasi adalah salah satu di mana motor akan berfungsi sepanjang hayat perkhidmatan atau aplikasi di mana servis motor akan dianggap normal dan murah jika motor DC yang disikat akan digunakan. Contoh yang baik dari ini adalah pada mainan kanak-kanak, di mana mainan biasanya dibuang atau rosak sebelum motor usang. Dalam aplikasi dengan jangka hayat yang panjang dan servis motor bukanlah pilihan yang sesuai, motor DC tanpa berus biasanya merupakan pilihan yang bijak.

Kecekapan

Secara amnya, motor DC Brushless mempunyai kecekapan keseluruhan yang lebih tinggi berbanding motor DC yang disikat tetapi terdapat kes motor disikat inti tanpa besi dengan kecekapan yang lebih tinggi berbanding motor tanpa berus yang setara. Walau bagaimanapun, adalah penting untuk menilai kecekapan keseluruhan yang diperlukan dan membandingkannya dengan setiap motor sebelum membuat keputusan. Dalam kebanyakan kes di mana kecekapan adalah faktor penentu, motor DC tanpa berus biasanya menang.

Kawalan / Penggerak

Ini biasanya merupakan salah satu kemunduran utama dalam penggunaan motor DC tanpa berus. Keperluan tambahan seperti pengawal dll, menjadikan pengaktifan lebih kompleks dibandingkan dengan motor DC yang disikat yang boleh diaktifkan / digerakkan kaedah sepele seperti menyambungkan bateri ke terminalnya. Anda harus memastikan jumlah kerumitan yang berkaitan dengan penggunaan motor DC tanpa berus untuk projek itu dibenarkan dan elektronik sokongan seperti alat kawalan tersedia. Terlepas dari kesederhanaan motor DC yang disikat, kadangkala mereka tidak sesuai untuk aplikasi berketepatan tinggi. Walaupun motor Brushed DC dapat disambungkan dengan mudah ke alat kawalan seperti Arduino, jauh lebih kompleks untuk menghubungkan BLDC dengan Arduino Uno, namun ESC (Electronic Speed ​​Controller)) menjadikannya lebih mudah untuk menghubungkan antara BLDC dengan mikrokontroler.

Kos

Kerumitan reka bentuk motor DC tanpa berus menjadikannya sangat mahal jika dibandingkan dengan motor DC yang disikat. Pastikan kos tambahan berada dalam had yang berpatutan untuk projek tersebut sebelum menggunakan motor DC tanpa berus. Pertimbangkan juga kos aksesori lain yang diperlukan untuk penggunaan BLDC sebelum membuat keputusan.